EP3298259B1 - Verfahren zur stossfreien lastaufschaltung bei aktivierter zylinderabschaltung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur stossfreien lastaufschaltung bei aktivierter zylinderabschaltung einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP3298259B1
EP3298259B1 EP16722526.7A EP16722526A EP3298259B1 EP 3298259 B1 EP3298259 B1 EP 3298259B1 EP 16722526 A EP16722526 A EP 16722526A EP 3298259 B1 EP3298259 B1 EP 3298259B1
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EP
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cylinders
cylinder
internal combustion
combustion engine
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for shock-free load application with activated cylinder deactivation of an internal combustion engine.
  • the invention relates in particular to a method according to the features of the preamble of claim 1.
  • the torque surges are particularly undesirable because they involve loads on the drive train. Furthermore, the smooth running of the internal combustion engine is deteriorated and there is the possibility of speed fluctuations.
  • the invention has for its object to provide a method for operating an internal combustion engine of the type mentioned, which prevents torque surges with a simple design and simple, reliable application.
  • a method for operating an internal combustion engine in particular a gas engine, in particular an Otto engine, has thus been created.
  • This method is used in particular in an internal combustion engine which comprises two cylinder banks, each with a plurality of cylinders, for example with six cylinders each.
  • each cylinder bank is supplied with boost pressure independently.
  • An active cylinder deactivation takes place by means of a conventional device, which interrupts the ignition circuit and / or a fuel supply, for example.
  • the method provides that when changing from an operating state with at least one cylinder switched off to an operating state with at least one further cylinder connected, the boost pressure is reduced before the further cylinder is switched on.
  • the power of the internal combustion engine can then be subsequently adjusted in the usual way without torque surges occurring and without the smooth running of the engine being impaired.
  • constant output of the internal combustion engine can thus be ensured when the number of active cylinders changes.
  • the activation or activation of the one or more additional cylinders takes place only after the reduced boost pressure has been reached or has been adjusted. This ensures torque-free switching.
  • the method is carried out in the event of a transition from an operating state with a plurality of active cylinders to an operating state with at least one deactivated cylinder.
  • the boost pressure is then increased briefly in order to ensure constant performance of the internal combustion engine even with a reduced number of active cylinders.
  • the charge pressure is preferably changed within the limits of a switching hysteresis of the internal combustion engine, which results when cylinders are activated or deactivated.
  • the boost pressure can also be changed by changing the position of a throttle valve assigned to the respective cylinder bank.
  • the method can thus also be used in an internal combustion engine with intake manifolds.
  • An internal combustion engine with two cylinder banks acting in parallel with one another is often operated in such a way that, according to the invention, only a limited number of cylinders are activated or switched between the individual cylinder banks.
  • the method according to the invention can be used advantageously.
  • Internal combustion engines with twelve cylinders which are arranged in two cylinder banks, can be operated in the lower map area or in idle mode with only three of the twelve cylinders. In the event of a desired increase in output, three additional, previously deactivated cylinders are then switched on, so that operation with six cylinders results. If the output is increased again, all twelve cylinders can then be activated.
  • the method according to the invention can be used particularly advantageously in such processes.
  • the Fig. 1 shows a simplified plan view of an internal combustion engine according to the invention, which has two parallel cylinder banks 1, 2.
  • six cylinders are provided, which are designated A1 to A6 and B1 to B6.
  • A1 to A6 and B1 to B6 In the left representation of the Fig. 1 it can be seen that only three cylinders are activated, namely cylinders B1, B2 and B3.
  • six cylinders are subsequently activated, namely cylinders A1 to A6 of cylinder bank 1.
  • the cylinders of cylinder bank 2 are deactivated, just as in the left half of the figure Fig. 1 all cylinders A1 to A6 of cylinder bank 1 are deactivated.
  • the Fig. 2 shows a diagram in which the time is entered on the abscissa, while the ordinate represents the throttle valve position in percent or the boost pressure in bar.
  • the switching hysteresis when the cylinders are activated or deactivated is shown on the abscissa with the lower left limit UG and the upper right limit OG.
  • the right area of the Fig. 2 shows the number 6 a six-cylinder operation, while the left area with the number 3 a three-cylinder operation of the in Fig. 1 represents internal combustion engine shown.
  • the solid line is denoted by A and represents the cylinder bank 1 with the cylinders A1 to A6, while the dashed line, which is represented by B, represents the cylinder bank 2 with the cylinders B1 to B6.
  • the reference symbol 3 on the abscissa shows the dashed line, which represents the transition from three to six cylinders and thus the switching point from three to six cylinders, as shown in FIG Fig. 1 , reproduces.
  • the boost pressure or the throttle valve position is reduced on reaching the switching point (oval circle) on the dashed line by the value of the switching point (oval circle) on the solid line six-cylinder operation.
  • the additional cylinders are then activated as shown in the right half of the figure Fig. 1 ,
  • the Fig. 3 shows the speed n on the abscissa and the torque M on the ordinate.
  • an engine map is shown schematically, which represents a twelve-cylinder operation in the upper area with the number 12.
  • the number 6 denotes a six-cylinder operation, while the number 3 represents a three-cylinder operation.
  • the two arrows represent the transition from three-cylinder operation to six-cylinder operation.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stoßfreien Lastaufschaltung bei aktivierter Zylinderabschaltung einer Brennkraftmaschine.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbesondere Gasmotoren, mit mehreren Zylindern, die in zwei Zylinderbänken angeordnet sind, ist es bekannt, im unteren Kennfeldbereich, insbesondere im Leerlauf, zur Kraftstoffeinsparung und zur Leistungsoptimierung eine Zylinderabschaltung vorzusehen. Diese Zylinderabschaltung dient insbesondere auch der Schadstoffreduzierung. Derartige Zylinderabschaltungen werden üblicherweise bei Otto-Motoren vorgenommen.
  • Durch die Abschaltung einzelner Zylinder müssen die restlichen Zylinder die geforderte Leistung der Brennkraftmaschine erzeugen. Hierdurch ergibt sich eine höhere spezifische Zylinderleistung der aktiven Zylinder. Um eine derartige höhere spezifische Leistung bei quantitätsgeregelten Motoren darstellen zu können, ist eine Anhebung des Ladedrucks erforderlich. Diese wird üblicherweise durch eine Änderung der Drosselklappenstellung realisiert. Wenn nun beim Betrieb der Brennkraftmaschine die deaktivierten Zylinder wieder zugeschaltet werden, kommt es zu Momentenstößen, d.h., zu kurzfristigen Erhöhungen des jeweiligen Drehmoments, da der Ladedruck der Brennkraftmaschine noch auf den Betrieb mit der verminderten Zylinderzahl eingeregelt ist. Der Ladedruck wird dann erst bei einer nachfolgenden Einstellung der erforderlichen Leistung der Brennkraftmaschine reduziert.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 005 205 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer mehrere Zylinder aufweisenden Brennkraftmaschine bekannt, wobei eine Betriebsführung im Vollmotorbetrieb, bei dem alle Zylinder aktiviert sind, und im Teilmotorbetrieb, bei dem mindestens ein Zylinder abgeschaltet ist, erfolgen kann. Dabei kann im Teilmotorbetrieb - unter Beibehaltung der Anzahl abgeschalteter Zylinder - ein Zylinderwechsel bei den abgeschalteten Zylindern vorgenommen werden.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 32 159 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der, wenn von einem Voll-Zylinder-Betrieb zu einem Teil-Zylinder-Betrieb geschaltet wird, in dem eine zweite Zylindergruppe im Leerlauf läuft, die Summe der Last der beiden Zylindergruppen im Wesentlichen auf der gleichen Last gehalten wird wie die gesamte Last war, bevor in den Teil-Zylinder-Betrieb geschaltet wurde.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 033 231 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der unmittelbar vor einer Abschaltung oder unmittelbar nach einer Zuschaltung mindestens eines Zylinders, die Drosselklappen der Zylinderbänke voneinander verschieden so eingestellt werden, dass im Mittel eine Zylinderfüllung resultiert, die dem Betrieb vor Änderung des Betriebszustands entspricht. Erst dann folgt durch entsprechendes Öffnen der einen Drosselklappe und entsprechendes Schließen der anderen Drosselklappe eine Änderung des Betriebszustands.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 04 737 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der bei einer Änderung eines Betriebszustands bereits zugeschaltete Zylinder weiter betrieben werden und vorher abgeschaltete Zylinder neu zugeschaltet werden. Dabei werden die bereits zugeschalteten Zylinder in Volllast betrieben und die neu zugeschalteten Zylinder, durch ein eigenes Drosselsystem regelbar, entsprechend der geforderten Last der Brennkraftmaschine zusätzlich betrieben.
  • Die US-amerikanische Offenlegungsschrift US 2003 010 65 24 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine, bei der vor einer Zuschaltung von Zylindern die Nockenwelle so verstellt wird, dass durch eine entsprechende Zylinderfüllung keine Momentenstöße bei einer Änderung des Betriebszustands resultieren.
  • Das US-Patent US 4 550 704 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe für alle Zylinder.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 213 697 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der im Teillastbetrieb eine Zylinderbank abgeschaltet wird und die Anzahl der aktiven Zylinder in einer Zylinderbank abhängig von der Motorlast gewählt wird.
  • Eine stufenweise einzelne Zuschaltung von einzelnen Zylindern bringt bei dem beschriebenen Problem keine Abhilfe, da dennoch Momentenstöße auftreten.
  • Eine Abmagerung des Gemisches und damit verbunden eine Reduzierung der Brennstoffleistung ist bei Otto-Motoren nicht oder nur in sehr geringen Grenzen möglich, da die Gefahr von Zündaussetzern besteht. Bei einem Abmagern des Gemisches auf Werte, bei welchen dieses noch sicher brennbar ist, treten trotzdem die beschriebenen Momentenstöße auf.
  • Die Momentenstöße sind insbesondere deshalb unerwünscht, weil sie Belastungen des Antriebsstrangs mit sich bringen. Weiterhin wird die Laufruhe der Brennkraftmaschine verschlechtert und es besteht die Möglichkeit von Drehzahlschwankungen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfacher Ausgestaltung und einfacher, betriebssicherer Anwendbarkeit Momentenstöße verhindert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Gasmotors, insbesondere eines Otto-Motors, geschaffen worden. Dieses Verfahren wird insbesondere bei einer Brennkraftmaschine eingesetzt, welche zwei Zylinderbänke mit jeweils mehreren Zylindern umfasst, beispielsweise mit jeweils sechs Zylindern. Erfindungsgemäß wird jeder Zylinderbank unabhängig Ladedruck zugeführt. Eine aktive Zylinderabschaltung erfolgt mittels einer üblichen Vorrichtung, die beispielsweise den Zündkreislauf und/oder eine Kraftstoffzufuhr unterbricht. Erfindungsgemäß ist bei dem Verfahren vorgesehen, dass bei einem Wechsel von einem Betriebszustand mit zumindest einem abgeschalteten Zylinder zu einem Betriebszustand mit zumindest einem weiteren zugeschalteten Zylinder der Ladedruck vor der Zuschaltung des weiteren Zylinders reduziert wird.
  • Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Absenkung des Ladedrucks und somit eine Leistungsverminderung bei den bisher aktiven Zylindern, bevor die zusätzlichen Zylinder wieder aktiviert werden. Diese kurzfristige Absenkung des Ladedrucks bzw. diese kurzfristige Verminderung der Leistung verhindert, dass die dann zusätzlich aktivierten Zylinder zu Beginn ihrer Zuschaltung mit der vollen, vorher für die ursprünglichen aktiven Zylinder eingestellten Leistung betrieben werden. Auf diese Weise wird ein Momentenstoß verhindert.
  • Erfindungsgemäß kann dann nachfolgend die Leistung der Brennkraftmaschine in üblicher Weise angepasst werden, ohne dass Momentenstöße auftreten und ohne dass die Laufruhe des Motors beeinträchtigt wird.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermeidet somit, wie erwähnt, Momentenstöße bei der Zuschaltung zusätzlicher vorher deaktivierter Zylinder. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine gute Laufruhe der Brennkraftmaschine ohne Drehzahlschwankungen sichergestellt wird.
  • Erfindungsgemäß kann somit beim Wechsel der Anzahl der aktiven Zylinder eine konstante Leistung der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Änderung des Ladedrucks auf den erforderlichen Wert erfolgt, welcher beim Betrieb nach der Umschaltung bzw. Aktivierung der Zylinder erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit einfach durchführbar, da keine zusätzlichen Regelungsgrößen oder Ähnliches berücksichtigt werden müssen.
  • Um sicherzustellen, dass kein Momentenstoß auftritt, erfolgt in vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Aktivierung oder Zuschaltung des einen oder der mehreren zusätzliche Zylinder erst nach Erreichen oder nach Einregulierung des reduzierten Ladedrucks. Dies sichert die momentenstoßfreie Umschaltung.
  • Erfindungsgemäß wird das Verfahren bei einem Übergang von einem Betriebszustand mit mehreren aktiven Zylindern auf einen Betriebszustand mit zumindest einem abgeschalteten Zylinder durchgeführt. Es wird dann kurzfristig der Ladedruck erhöht, um eine konstante Leistung der Brennkraftmaschine auch bei reduzierter Anzahl aktiver Zylinder zu gewährleisten.
  • Bevorzugterweise erfolgt die Änderung des Ladedrucks innerhalb der Grenzen einer Schalthysterese der Brennkraftmaschine, welche sich beim Aktivieren oder Deaktivieren von Zylindern ergibt.
  • Die Änderung des Ladedrucks kann erfindungsgemäß auch durch eine Änderung der Stellung einer der jeweiligen Zylinderbank zugeordneten Drosselklappe erfolgen. Somit kann das Verfahren auch bei einer Brennkraftmaschine mit Saugrohren angewendet werden.
  • Eine Brennkraftmaschine mit zwei zueinander parallel wirkenden Zylinderbänken wird vielfach so betrieben, dass erfindungsgemäß bei Aktivierung nur einer begrenzten Anzahl von Zylindern zwischen den einzelnen Zylinderbänken umgeschaltet oder gewechselt wird. Auch hierbei ist das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise einsetzbar.
  • Brennkraftmaschinen mit zwölf Zylindern, die in zwei Zylinderbänken angeordnet sind, können im unteren Kennfeldbereich oder im Leerlauf mit lediglich drei der zwölf Zylinder betrieben werden. Bei einer gewünschten Leistungserhöhung werden dann drei zusätzliche, vorher deaktivierte Zylinder zugeschaltet, so dass sich ein Betrieb mit sechs Zylindern ergibt. Bei einer nochmaligen Leistungserhöhung können dann alle zwölf Zylinder aktiviert werden. Insbesondere bei derartigen Vorgängen ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft einsetzbar.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken mit jeweils sechs Zylindern in unterschiedlicher Aktivierung,
    Fig. 2
    eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Drosselklappenstellung bzw. des Ladedrucks von der Zeit bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    Fig. 3
    eine graphische Darstellung der Drehzahl und des auftretenden Moments bei Betrieb mit unterschiedlichen Zylinderzahlen.
  • Die Fig. 1 zeigt in der vereinfachten Draufsicht eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, welche zwei zueinander parallele Zylinderbänke 1, 2 aufweist. In jedem der Zylinderbänke 1, 2 sind jeweils sechs Zylinder vorgesehen, die mit A1 bis A6 und B1 bis B6 bezeichnet sind. In der linken Darstellung der Fig. 1 ist ersichtlich, dass lediglich drei Zylinder aktiviert sind, nämlich die Zylinder B1, B2 und B3. Bei einer Umschaltung des Betriebes werden nachfolgend sechs Zylinder aktiviert, nämlich die Zylinder A1 bis A6 der Zylinderbank 1. Die Zylinder der Zylinderbank 2 sind deaktiviert, ebenso wie in der linken Bildhälfte der Fig. 1 sämtliche Zylinder A1 bis A6 der Zylinderbank 1 deaktiviert sind.
  • Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, bei welchem auf der Abszisse die Zeit eingetragen ist, während die Ordinate die Drosselklappenstellung in Prozent bzw. den Ladedruck in bar wiedergibt. Auf der Abszisse ist die Schalthysterese bei der Aktivierung bzw. Deaktivierung der Zylinder mit der linken unteren Grenze UG und der rechten oberen Grenze OG dargestellt. Der rechte Bereich der Fig. 2 zeigt mit der Zahl 6 einen Sechs-Zylinder-Betrieb, während der linke Bereich mit der Zahl 3 einen Drei-Zylinder-Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine darstellt. Die durchgezogene Linie ist mit A bezeichnet und gibt die Zylinderbank 1 mit den Zylindern A1 bis A6 wieder, während die gestrichelte Linie, welche mit B dargestellt ist, die Zylinderbank 2 mit den Zylindern B1 bis B6 repräsentiert.
  • Das Bezugszeichen 3 auf der Abszisse zeigt die gestrichelte Linie, welche den Übergang von drei auf sechs Zylinder und damit den Schaltpunkt von drei auf sechs Zylinder, gemäß der Darstellung in Fig. 1, wiedergibt. Bei einem Übergang von Drei-Zylinder-Betrieb auf Sechs-Zylinder-Betrieb wird erfindungsgemäß der Ladedruck bzw. die Drosselklappenstellung bei Erreichen des Schaltpunktes (ovaler Kreis) auf der gestrichelten Linie abgesenkt, um den Wert des Schaltpunkts (ovaler Kreis) auf der durchgezogenen Linie des Sechs-Zylinder-Betriebs einzunehmen. Nachfolgend erfolgt eine Aktivierung der zusätzlichen Zylinder gemäß der Darstellung der rechten Bildhälfte von Fig. 1.
  • In analoger Weise erfolgt, ausgehend von einem Sechs-Zylinder-Betrieb, eine Erhöhung des Ladedrucks bzw. eine Vergrößerung der Drosselklappenstellung (Öffnung) bei Erreichen des Schaltpunktes und vor der Deaktivierung dreier Zylinder und dem Übergang auf den Drei-Zylinder-Betrieb.
  • Die Fig. 3 zeigt auf der Abszisse die Drehzahl n und auf der Ordinate das Drehmoment M. Insgesamt ist schematisch ein Motorkennfeld dargestellt, welches im oberen Bereich mit der Zahl 12 einen Zwölf-Zylinder-Betrieb wiedergibt. Die Zahl 6 kennzeichnet einen Sechs-Zylinder-Betrieb, während die Zahl 3 einen Drei-Zylinder-Betrieb darstellt. Zwischen den gestrichelten Linien ergibt sich die in Fig. 2 gezeigte Schalthysterese, wobei die beiden Pfeile den Übergang von Drei-Zylinder-Betrieb zum Sechs-Zylinder-Betrieb wiedergeben.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Gasmotors, mit zwei Zylinderbänken (1, 2) mit jeweils mehreren Zylindern (A1 bis A6, B1 bis B6),
    wobei jeder Zylinderbank (1, 2) eine Drosselklappe zugeordnet ist,
    wobei durch eine Änderung der Stellung der jeweiligen Zylinderbank (1, 2) zugeordneten Drosselklappe
    jeder Zylinderbank (1, 2) unabhängig Ladedruck zugeführt wird, sowie mit einer Vorrichtung zur aktiven Zylinderabschaltung zumindest eines Zylinders jeder Zylinderbank (1, 2),
    wobei in einem Betriebszustand sämtliche Zylinder in einer ersten Zylinderbank (1) deaktiviert sind und in einer zweiten Zylinderbank (2) eine Anzahl Zylinder aktiv sind,
    wobei bei einem Übergang von dem einen Betriebszustand zu einem anderen Betriebszustand ein Wechsel der aktiven Zylinder von einer Zylinderbank zur anderen durchgeführt wird,
    wobei beim Übergang von dem einen Betriebszustand zu einem anderen Betriebszustand ein Wechsel der Anzahl der aktiven Zylinder erfolgt,
    wobei bei dem Übergang von dem einen Betriebszustand zu dem anderen Betriebszustand
    eine Änderung des Ladedrucks auf den erforderlichen Wert erfolgt, welcher beim Betrieb nach dem Übergang des Betriebszustands erforderlich ist,
    wobei die nach dem Wechsel aktiven Zylinder erst nach Erreichen oder nach Einregulierung des erforderlichen Werts des Ladedrucks aktiviert werden,
    wobei der Ladedruck mit einer Verringerung der Anzahl der aktiven Zylinder erhöht und mit einer Erhöhung der Anzahl der aktiven Zylinder verringert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Ladedrucks innerhalb der Grenzen einer Schalthysterese der Brennkraftmaschine erfolgt, welche sich beim Aktivieren oder Deaktivieren von Zylindern ergibt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Brennkraftmaschine mit jeweils sechs Zylindern in jeder Zylinderbank durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Übergang des Betriebs von drei auf sechs Zylindern durchgeführt wird.
EP16722526.7A 2015-05-18 2016-05-10 Verfahren zur stossfreien lastaufschaltung bei aktivierter zylinderabschaltung einer brennkraftmaschine Active EP3298259B1 (de)

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